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广东省
摘要：本文对原水输水管道的设计方法及相关问题进行了分析和讨论，对输水管道的施工技术也进行了阐述。
关键词：原水输水管道；设计；施工技术
水厂的输水管道分为两种：一种是由水源至水厂的原水输水管道，另一种是水厂向城市管网供水的清水输水管道。本文主要讨论原水输水管道的设计与施工技术，清水输水管道的设计与施工原理基本相同。输水管道的设计主要解决以下几个问题：一是管道渗漏要少。在水资源日益紧张的今天，减少渗漏是节约水资源的最有效方式之一。二是管道水力条件要好，以利于节能。节能减排是贯彻可持续发展战略的重要措施。三是运行安全可靠。供水工程是重大民生工程，关系到城乡人民的生活和生产，所以必须保证输水安全可靠。四是投资要省，即管道经济效益要好。输水管道设计不仅要技术合理，还应经济可行，所以经济因素也是必须要考虑的。下面就输水管道设计与施工技术展开分析和讨论。
1 输水管道设计方法与相关问题
1.1 流量设计与输水方式
按照《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程》（CECS 193：2005）规定，原水设计流量以净水厂最高日平均供水量、输水管道漏失水量和净水厂自用水量之和确定，若设计流量中还包含消防给水功能，则还应再加上消防用水量。输水方式包括无压重力输水、有压重力输水、加压输水、重力与加压组合输水等方式。一般条件许可且有可利用的水位高差时，应优先考虑重力流输水。进行远距离输水且受地形限制时，多采用重力与加压组合方式输水。
1.2 管线选择与管道定线
管线选择既涉及技术经济问题，也与城市建设发展规划相联系，需要考虑的因素非常多。一般应先在地形图上初选几种方案，然后通过现场踏勘了解，再综合各方面的情况而定。考虑经济性原则，应尽量缩短线路，减少拆迁和少占农田。为便于施工和维护，应尽量沿现有道路定线。出于减少相互干扰和提高线路安全性考虑，应避免与铁路、公路、河流等交叉，并避开不良地质作用区域，如滑坡、泥石流、断裂带等区域。此外，还应考虑分期实施的可能，近期方案应结合远期规划[1]。同时，应吸取相关工程的经验和教训，通过充分调研和协调来确保线路的可实施性，并在线路确定后及时与相关部门磋商，使方案最终形成制度性文件，以避免工程实施过程中的频繁改线，以致影响了工程工期和增加了投资[2]。
1.3管道条数与管径确定
为保证供水可靠性，输水管道条数不宜少于2条，多数情况下选择2条管道。当有多个供水水源且安全保障措施足够时，也可选择1条管道加上调节水池的方案。选择管径主要考虑两方面因素：一是水利条件要好，即管道流速不宜太高，通常不超过3m/s；二是为防止水中泥沙、悬浮物沉积，流速不宜低于0.6m/s。一般采用公式（m）计算，其中为流量（m3/s），为圆周率，为流速（m/s）。计算结果应规整到管径标准系列。
1.4 管材种类与选用
常用管材性能的比较结果见表1。由表1可见，不同管材各有优劣，应结合工程实际情况，从技术、经济、工期、维护、安全可靠等多方面综合比较后确定。一般可不限于一种管材，例如某工程选用了钢管、球墨铸铁管和玻璃纤维夹砂管三种管材，钢管用于鱼塘、河道段，因钢管便于顶管施工；球墨铸铁管用于地质较好、施工方便的地段，玻璃纤维夹砂管用于其他地段。
1.5 管道设计中的技术与安全措施
管道设计时，虽然已尽量避免与铁路、公路、河流等交叉，然而要完全避免是很难做到的，有些地段必须交叉，这就需要考虑交叉通过的问题。管线通过河道方式有倒虹管和管桥两种方式，当河道有通航、景观要求时应采用倒虹管；没有这方面要求可采用管桥方式，便于运行维护。管线穿过繁忙公路施工一般采用顶管技术。穿越电力隧道、高压燃气管道、铁路时可采用箱涵方式。
水锤是影响输水系统安全运行的重要因素。在水泵启停、阀门突然关闭等情况下，输水管道中膝点等凸起部位的压力会降低到汽化压力以下，使水汽化并形成水柱分离现象，接着正压波通过又使汽化的水重新凝结，气泡破灭使分离的水柱相互撞击，水压力随之迅速升高，而造成管道破坏[3]。一般水泵正常的启动、关闭引起的水锤能量不大，而事故断电引起的水锤冲击能量较大，不能忽视。防止水锤危害的措施有加大泵组转动惯量、设空气压力罐、设空气阀、设调压塔等措施。加大泵组转动惯量和设空气压力罐投资较大，运行维护不易，一般较少采用。设空气阀较为简单，可用于防止低压水锤，应设置在膝点等凸起部位，但受制造水平等因素影响，效果不完全可靠。调压塔有双向塔和单向塔之分，双向塔技术复杂，投资也大，应用也不多。单向塔安装在泵后的输水管道上，通过安装止回阀的短管与主管道连接，用于防止高压水锤效果较好。为防止由于阀门突然关闭引起水锤，可采用蓄能液压缓闭阀门。
为便于维修，管线低洼处应增设泄水阀和泄水管。双线布置的管道，一定位置上应设置联通管和阀门，确保事故流量不小于设计流量的70%。
表1 常用管材性能比较
2 输水管道施工技术
管道施工方法包括开槽和不开槽两种方法。不开槽施工由于施工费用较高，多数情况下还是采用开槽施工方法。
开槽施工前，要在施工现场进行测量放线，地下水位高的地段还要进行降排水。由于地下常有水、电、气等各类管道，还可能有暗浜、暗穴等，所以要做好调查研究和勘察工作，并对照施工图纸在现场核实。开挖方法有人工开挖和机械开挖两种，后者开挖效率较高，只要条件允许尽量采用这种方法。由于不同地区地质特点不一样，地基处理方式也有差异。例如某工程处于软土地区，在淤泥地段的地基承载力不足40kPa，需要采用换土加筋方式处理。开挖前先在管道两侧位置打入钢板桩，然后挖至管底一定深度挤入石块，再铺上一层粗砂。而在地质条件较好地段，地基承载力超过40kPa时，可放坡开挖，坑底垫石块、中粗砂。为保证施工安全，必须严控放坡角度，并采取先支护后开挖的方法，防止边坡垮塌。
挖好沟槽，经检验合格，开始管道安装。安装分下管、排管、稳管、接口、回填等工序。大口径输水管道一般采用机械下管、排管和稳管。其中接口是关键工序，管材不同安装方式也不一样。以PCCP管道安装为例，下管前管子吊离地面后，清理插口凹槽，套入涂满润滑剂的密封圈。胶圈放置妥当后，吊机下管，插口管与承口管平行对中，用导链从管线方向拉动就位。以经纬仪调整检查管轴线，以水准仪定标高。准确无误后，以管道垫层材料稳固管道，然后卸去导链和千斤顶，接下来安装后续管道。每安装完一段管子，都要对接头进行打压试验，即按要求入水、排气、密封，保持规定压力5min无明显压降即为合格，可进行下一段管子安装。打压合格还需灌浆封堵接头。管道安装完毕，静水试压，按设计要求逐级升压至试验压力，保压24h以上，无渗漏、破损，且补水量不超过规定值，即为合格。
3 结语
水厂输水管道工程，是保证城市供水安全、改善居民生活质量、促进经济发展、保障社会和谐稳定的重要民生工程，设计与施工技术关乎工程质量、工期和效益，必须做好、做到位。本文对相关内容和问题进行分析和讨论，供同类工程参考和借鉴。
参考文献：
[1] 赵辉. 水厂长距离原水输水工程设计[J]. 建筑知识：学术刊，2012，（8）：22-23.
[2] 杨志峰. 杭州萧山长距离大口径输水管道设计总结[J]. 给水排水，2012，38（4）：113-116.
[3] 张小平. 为防止水锤现象长距离输水系统设计[J]. 中国水运，2012，12（10）：163，177.
作者简介：
许媛，女（1987—），广东罗定人，毕业于仲恺农业工程学院，环境工程专业，给排水助理工程师，主要从事给水工程管理工作。
摘要：本文对原水输水管道的设计方法及相关问题进行了分析和讨论，对输水管道的施工技术也进行了阐述。
关键词：原水输水管道；设计；施工技术
水厂的输水管道分为两种：一种是由水源至水厂的原水输水管道，另一种是水厂向城市管网供水的清水输水管道。本文主要讨论原水输水管道的设计与施工技术，清水输水管道的设计与施工原理基本相同。输水管道的设计主要解决以下几个问题：一是管道渗漏要少。在水资源日益紧张的今天，减少渗漏是节约水资源的最有效方式之一。二是管道水力条件要好，以利于节能。节能减排是贯彻可持续发展战略的重要措施。三是运行安全可靠。供水工程是重大民生工程，关系到城乡人民的生活和生产，所以必须保证输水安全可靠。四是投资要省，即管道经济效益要好。输水管道设计不仅要技术合理，还应经济可行，所以经济因素也是必须要考虑的。下面就输水管道设计与施工技术展开分析和讨论。
1 输水管道设计方法与相关问题
1.1 流量设计与输水方式
按照《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程》（CECS 193：2005）规定，原水设计流量以净水厂最高日平均供水量、输水管道漏失水量和净水厂自用水量之和确定，若设计流量中还包含消防给水功能，则还应再加上消防用水量。输水方式包括无压重力输水、有压重力输水、加压输水、重力与加压组合输水等方式。一般条件许可且有可利用的水位高差时，应优先考虑重力流输水。进行远距离输水且受地形限制时，多采用重力与加压组合方式输水。
1.2 管线选择与管道定线
管线选择既涉及技术经济问题，也与城市建设发展规划相联系，需要考虑的因素非常多。一般应先在地形图上初选几种方案，然后通过现场踏勘了解，再综合各方面的情况而定。考虑经济性原则，应尽量缩短线路，减少拆迁和少占农田。为便于施工和维护，应尽量沿现有道路定线。出于减少相互干扰和提高线路安全性考虑，应避免与铁路、公路、河流等交叉，并避开不良地质作用区域，如滑坡、泥石流、断裂带等区域。此外，还应考虑分期实施的可能，近期方案应结合远期规划[1]。同时，应吸取相关工程的经验和教训，通过充分调研和协调来确保线路的可实施性，并在线路确定后及时与相关部门磋商，使方案最终形成制度性文件，以避免工程实施过程中的频繁改线，以致影响了工程工期和增加了投资[2]。
1.3管道条数与管径确定
为保证供水可靠性，输水管道条数不宜少于2条，多数情况下选择2条管道。当有多个供水水源且安全保障措施足够时，也可选择1条管道加上调节水池的方案。选择管径主要考虑两方面因素：一是水利条件要好，即管道流速不宜太高，通常不超过3m/s；二是为防止水中泥沙、悬浮物沉积，流速不宜低于0.6m/s。一般采用公式（m）计算，其中为流量（m3/s），为圆周率，为流速（m/s）。计算结果应规整到管径标准系列。
1.4 管材种类与选用
常用管材性能的比较结果见表1。由表1可见，不同管材各有优劣，应结合工程实际情况，从技术、经济、工期、维护、安全可靠等多方面综合比较后确定。一般可不限于一种管材，例如某工程选用了钢管、球墨铸铁管和玻璃纤维夹砂管三种管材，钢管用于鱼塘、河道段，因钢管便于顶管施工；球墨铸铁管用于地质较好、施工方便的地段，玻璃纤维夹砂管用于其他地段。
1.5 管道设计中的技术与安全措施
管道设计时，虽然已尽量避免与铁路、公路、河流等交叉，然而要完全避免是很难做到的，有些地段必须交叉，这就需要考虑交叉通过的问题。管线通过河道方式有倒虹管和管桥两种方式，当河道有通航、景观要求时应采用倒虹管；没有这方面要求可采用管桥方式，便于运行维护。管线穿过繁忙公路施工一般采用顶管技术。穿越电力隧道、高压燃气管道、铁路时可采用箱涵方式。
水锤是影响输水系统安全运行的重要因素。在水泵启停、阀门突然关闭等情况下，输水管道中膝点等凸起部位的压力会降低到汽化压力以下，使水汽化并形成水柱分离现象，接着正压波通过又使汽化的水重新凝结，气泡破灭使分离的水柱相互撞击，水压力随之迅速升高，而造成管道破坏[3]。一般水泵正常的启动、关闭引起的水锤能量不大，而事故断电引起的水锤冲击能量较大，不能忽视。防止水锤危害的措施有加大泵组转动惯量、设空气压力罐、设空气阀、设调压塔等措施。加大泵组转动惯量和设空气压力罐投资较大，运行维护不易，一般较少采用。设空气阀较为简单，可用于防止低压水锤，应设置在膝点等凸起部位，但受制造水平等因素影响，效果不完全可靠。调压塔有双向塔和单向塔之分，双向塔技术复杂，投资也大，应用也不多。单向塔安装在泵后的输水管道上，通过安装止回阀的短管与主管道连接，用于防止高压水锤效果较好。为防止由于阀门突然关闭引起水锤，可采用蓄能液压缓闭阀门。
为便于维修，管线低洼处应增设泄水阀和泄水管。双线布置的管道，一定位置上应设置联通管和阀门，确保事故流量不小于设计流量的70%。
表1 常用管材性能比较
2 输水管道施工技术
管道施工方法包括开槽和不开槽两种方法。不开槽施工由于施工费用较高，多数情况下还是采用开槽施工方法。
开槽施工前，要在施工现场进行测量放线，地下水位高的地段还要进行降排水。由于地下常有水、电、气等各类管道，还可能有暗浜、暗穴等，所以要做好调查研究和勘察工作，并对照施工图纸在现场核实。开挖方法有人工开挖和机械开挖两种，后者开挖效率较高，只要条件允许尽量采用这种方法。由于不同地区地质特点不一样，地基处理方式也有差异。例如某工程处于软土地区，在淤泥地段的地基承载力不足40kPa，需要采用换土加筋方式处理。开挖前先在管道两侧位置打入钢板桩，然后挖至管底一定深度挤入石块，再铺上一层粗砂。而在地质条件较好地段，地基承载力超过40kPa时，可放坡开挖，坑底垫石块、中粗砂。为保证施工安全，必须严控放坡角度，并采取先支护后开挖的方法，防止边坡垮塌。
挖好沟槽，经检验合格，开始管道安装。安装分下管、排管、稳管、接口、回填等工序。大口径输水管道一般采用机械下管、排管和稳管。其中接口是关键工序，管材不同安装方式也不一样。以PCCP管道安装为例，下管前管子吊离地面后，清理插口凹槽，套入涂满润滑剂的密封圈。胶圈放置妥当后，吊机下管，插口管与承口管平行对中，用导链从管线方向拉动就位。以经纬仪调整检查管轴线，以水准仪定标高。准确无误后，以管道垫层材料稳固管道，然后卸去导链和千斤顶，接下来安装后续管道。每安装完一段管子，都要对接头进行打压试验，即按要求入水、排气、密封，保持规定压力5min无明显压降即为合格，可进行下一段管子安装。打压合格还需灌浆封堵接头。管道安装完毕，静水试压，按设计要求逐级升压至试验压力，保压24h以上，无渗漏、破损，且补水量不超过规定值，即为合格。
3 结语
水厂输水管道工程，是保证城市供水安全、改善居民生活质量、促进经济发展、保障社会和谐稳定的重要民生工程，设计与施工技术关乎工程质量、工期和效益，必须做好、做到位。本文对相关内容和问题进行分析和讨论，供同类工程参考和借鉴。
参考文献：
[1] 赵辉. 水厂长距离原水输水工程设计[J]. 建筑知识：学术刊，2012，（8）：22-23.
[2] 杨志峰. 杭州萧山长距离大口径输水管道设计总结[J]. 给水排水，2012，38（4）：113-116.
[3] 张小平. 为防止水锤现象长距离输水系统设计[J]. 中国水运，2012，12（10）：163，177.
作者简介：
许媛，女（1987—），广东罗定人，毕业于仲恺农业工程学院，环境工程专业，给排水助理工程师，主要从事给水工程管理工作。